液压螺母在铝带冷轧机组卷筒上的应用.pdf

第 4 1卷第 3期 2 0 1 2年 6月 有 色金 属 加 工 NONF ERROUS MET AL S PROCE SSI NG Vo1 ． 41 N0 ．3 Jun o 2 O1 2 液压螺母在铝 带冷轧机组卷筒上 的应 用 苗 志 强 洛 阳有色金属加工设计研究 院， 河 南 洛阳 4 7 1 0 3 9 摘要 现代铝 带冷轧机组 正朝着 高速 、 大张 力、 大卷径和宽幅方向发展 ， 三大 主机 的正常运转极 为重要 。本 文主要介绍 了近三年来液压螺母在铝带冷轧机组 开卷机 和卷取机卷筒 上的应用。 关键 词 卷筒 ； 液压螺母 ； 应用 中图分 类号 T H l 3 7 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 6 7 9 5 2 0 1 2 0 3 0 0 3 3 0 3 随着市场经济的要求 ， 现代铝带冷轧机组正朝着 高速 、 大张 力 、 大卷径 和 宽 幅方 向发展 ， 三 大 主 机 的正 常运 转极 为关 键 。卷 简 是 铝 带 冷 轧 机 组 开 卷 机 和 卷 取机 的重要 组成 部分 。改善 卷 筒 的工 作 状 况 ， 减少 它 的故障率即会大大提高设备 的生产效 率。在传统 的 铝带冷 轧 机组 中 ， 开 卷机 和卷 取 机 卷筒 的芯 杆 和 十字 叉 头 间 、 涨缩 缸 活塞杆 和 活塞 问通 常采 用 传 统 的普 通 螺母联 接 方 式 。近几 年来 设 计 上 逐 渐 采 用 了液 压 螺 母 的联 接 方式 。 1 卷 筒上传统 的普通螺母联接方式 瘸 1 ． 普通螺母 、 2 十字叉头 、 3 ． 芯杆 图 1 传统芯杆联接 一 1 ． 芯杆 、 2 ． 活塞杆 、 3 活塞 、 4 ． 普通螺母 、 5 卡板 图 2 传统 芯杆 联接 二 收 稿 日期 2 0 1 11 11 7 卷筒上 传统 的普 通螺 母联 接方 式 由图 1 、 图 2可 以清楚 地看 出。 活塞 与 活塞 杆 通 过 普 通单 螺 母 加 卡 板联接 ， 芯杆的另一端用普通双螺母 一厚 、 一薄 与 十字叉 头 联 接 。这 种 结 构 的 卷 筒 有 两 方 面 的 缺 点 1 在正常卷取过程中 ， 芯杆所受 的拉应力一直进行 着 变化 。当 卷 完 一 卷 料 卸 卷 时 ， 胀 缩 缸 的 活 塞 腔 供 油 ， 芯杆 由拉应 力 转变 到 压应 力 。不 断 的变化 使 芯 杆 承受 非对 称循 环变 应力 ， 工作 中在胀 缩 缸 大 负荷 的拉 伸作 用 下 ， 易 产生 疲劳甚 至折 断 ； 2 胀缩 缸 装拆 不 方 便 ， 不能整体装拆。为 了将活塞杆 与芯杆联接 ， 必须 把胀缩缸拆 散开来 ， 逐个 零件进 行装配。而 当拆 卸 时 ， 工 序相 反 。在 维 修 胀 缩 缸 中某 一 零 件 时 ， 仍 然 同 样 麻烦 。这 不仅增 加 了工 人 劳 动强 度 ， 而 且也 增 加 了 卷筒 的在线 维修 时 间 ， 从 而 降低 了机组 的生 产效率 。 1 ． 活塞 、 2 ． 螺母主体 、 3 ． 垫片 、 4 ． 密封 图 3液 压 螺 母 2 液压螺母 的工作原理及性能特点 2 ． 1 工作原 理 液 压螺母 由螺母 主体 、 活塞 、 密 封 和 垫 片组 成 ， 见 图 3。 3 4 有色金属加工 第 4 l 卷 整套系统包括液压泵 、 高压油管、 快速接头及液 压 螺母 。 液压 螺母 的操 作 步 骤 1 将 液 压 螺 母 拧 在 头 部 带螺纹的芯杆上 ； 2 通入超高压液压油使活塞和螺 母 主体 问产 生间 隙 ； 3 插 入需 要厚 度 为 h的垫 片 ， 使 芯杆 预拉伸 ， 然后 卸掉 液 压力 。液压 螺母 是 一 种先 进 的液压 螺栓 拉 伸 器 。其 工 作 原 理 是 利 用 液 压 螺 母 油 腔中的超高油压对芯杆施加拉伸力 ， 使芯杆在弹性变 形 区内被拉 长 ， 由插入 的垫 片厚 度来 控 制 芯杆 的予 伸 长量 。 2 ． 2 性能特 点 t 由于采 用 超 高压 液 压 系统 ， 具 有 很 大 的 拉伸 力 ； 2 液压 螺母 的尺 寸与 原有传 统 螺母 匹配 ， 无 需修 改原 有螺 纹副设 计 ； 3 无需 扳 手及 套筒 的操 作 空 间 ， 螺纹副的尺寸更紧凑 ； 4 芯杆工作为纯拉伸状态 ， 预 紧力 比正常工作时载荷高出 2 0 ％左右 ， 螺纹副工作 中 更安 全 ； 5 通 过 液 压拉 伸 螺 栓 ， 预 紧载 荷 更 精 确 ， 联 接更可靠 ； 6 先进的聚氨酯／ 金属复合密封 的整体密 封结构 ， 密封性能好 ， 结构简单 ， 特别适于超高压状态 下工 作 。 3 卷筒上新型 的液压螺母联接 方式 1 ． 液压螺母 、 2 ． 压环 、 3 ． 芯杆 、 4 ． 半开式联接套、 5 ． 活塞杆 、 6 ． 活塞 、 7 ． 液压螺母 图 4新型芯杆联接 卷 筒上新 型 的液 压 螺 母 联 接 方 式 由 图 4可 以 明 显的看 出。芯杆和活塞杆间采 用了半 开式联 接套进 行联 接 ， 中间加 垫片 进行 调 整 。芯 杆及 活 塞杆 的另 一 端则采用液压螺母联 接。这种结构的卷筒具 有两大 优点 1 芯杆和活塞杆间采用了半开式联接套进行 联接 ， 胀缩缸可整体进行装拆 ； 2 液压螺母使芯杆在 装 配时 被施加 一定 的予 应 力进 行 予伸 长 ， 这 样 芯杆 在 工作过程 中因轴向载荷 引起 的拉应力始终小于它的 予 应力 ， 故芯 杆 不 会 再 继 续 拉 伸 变 形 ， 也 不 会 产 生 松 动现象。从而不仅改善 了芯杆 的工作状况 ， 延长了寿 命 ， 而且能准确实现卷筒径向胀缩。 4 液压螺母的设计计算 1 计算胀缩缸的最大拉力 s 总 以开卷 机卷 筒常用 的开 式 四斜 楔结构 为例 分析 T 1 ． 卷筒 、 2 ． 带卷 图 5卷筒受力分析图 a 按张力计算作用于扇形板上的压力 由图 5 ∑M 0时 TR Pr4tx Gr G ， N； 式 中 T一 带 材张力 ， N； R一 带 卷半 径 ， mm； 一 带卷 与卷筒 间摩 擦系数 ，一般 取 0 ． 1 5～ 0． 1 8； G一 带卷作用于一块扇形板上的正压力 ， N； r 一 卷筒半径 ， m m； P一 由压力 4 G产生 的总摩 擦 力 ， N； b 计算胀缩缸的最大拉力 S 总 由图 6 ∑Y0时 不 考虑 扇 形 块 端 部 止 推 力 s 引起 的摩擦 力 F 时 G NC O S O tNf l s i n c t N ， N； 式 中 1 ． 扇形板 、 2 ． 轴 向斜楔 图 6扇形板受力分析图 第 3期 有 色金属 加工 3 5 f 一 扇形板和轴 向斜楔间滑动摩擦系数 ； 1 ． 轴 向斜楔 、 2 ． 空心主轴 图7 轴 向斜 楔的受力分析图 由图 7 ∑X 0时 SNs i n c Nf l c o s G f 2 式 中 f 2 一 轴 向斜楔 和空 心主轴 间滑 动摩 擦 系数 ； 从 而 S 总 4 S 2 液 压螺母 的技术参 数计 算 a 液 压螺 母 中加 入 垫 片 厚 度 芯 杆 予 伸 长 量 计算 液压 螺母 中通 入超 高 压油 后 芯杆 产 生予 伸 长 ， 需 要在液压螺母 中加入一定厚度 h的垫 片来控制 最终 的予 伸 长量 。予 伸 长 量 根 据胀 缩 缸 的最 大 拉 力 S总 计算确定 。芯杆在 弹性拉伸 时， 符合胡克定律 ， 所以 芯杆的予伸长量△L可按胡克定律公式计算 A L - ， ⋯ 式 中 S 总 一 芯杆所 受 的拉 力 ， N； L一 芯 杆 的总长度 ， mm； A一 芯杆 的横 截 面积 ， 可 近 似按 等截 面计 算 ，A 订d 2 ，m m； 式 中 d 一 芯杆 最长 段 的直径 ， m m； E一 芯杆材 料 的弹性 模量 ， N ／ mm 2 。 b 螺纹 直径 的确定 初 选芯 杆 头部螺 纹 直径 和 螺 距 ， 并校 核 螺 纹退 刀 槽 处危 险截 面 的拉伸 强度 。 强度条 件 盯 盯 ] ， M 1 TU 1 式 中 d 一 螺纹退 刀槽 直径 ， m m； [ 盯 ] 一芯杆材料的许用拉伸应力 ， M p a ； ] ， Mp ； 式 中 一 芯杆 材料 屈服 限 ， Mp a ； n 一 安全 系数 ， 建 议取 3 ； c 超 高 压 油 液 工 作 压 力P 的 确 定一 般 取 1 5 0 Mp a 。 d 最 大 承载能 力 Q 的确定 理论 上取等 于或 稍大 于胀 缩缸 的最 大 拉 力 ， 安 全 起 见 ， 取 胀 缩 缸 的拉 力 的 1 ． 2～1 ． 5倍 。 e 活 塞面 积 F的确定 F ， m m2 ； f 活塞最 大移 动量 的确 定 理 论 上取 稍 大 于液 压 螺母 应加入 的垫 片 厚 度 ， 安 全 起 见 ， 取 应 加 入 的垫 片 厚度 的 2倍 。 5 结束 语 实 际生 产 运 行 表 明 ， 整 个 系统 工 作 稳 定 可 靠 ， 有 效地消除了传统螺纹系统在工作中容易松动， 芯杆易 被拉断的问题 ， 大大提高了生产效率及经济效益 ， 受 到用 户 良好 评价 。 Ap pl i c a t i on Of Hy dr a u l i c Nu t t o Th e Ma n d r e l f o r Al umi nu m St r i p Co l d Rol l i n g Mi l l M I AO Zh i q i a ng L u o y a n g E n g i n e e r i n g＆ R e s e a r c h I n s t i t u t e f o r N o n f e r r o u s Me t a l s P r o c e s s i n g ， L u o y a n g ， H e n a n ， 4 7 1 0 3 9 ， C h i n a Abst r actThe moder n al u m i n um st r i p c old r ol l i n g li ne i s dev el opi n g t owar ds h i gh s pe ed，hi gh t en si on ， lar ge coi l diamet er an d wi d t h．The n or m al oper at i on of t hr ee m ain equi p m en t s i s ex t r emely i mpor t ant ．The pa per i nt r odu ces mai nly t he appl ica t i on o f hy dr aul ic nu t t o t he mandr el o f unc oi l er an d coi ler of al umi ni u m st r i p c ol d r ol l i n g m i ll in t he p as t t hr ee ye ar s． Ke y w o r dsman d r a l ；h y dr a u l ic n u t ；a p p l ic a t io n